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主题:轻量化论文写作 时间:2024-04-02

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汽车轻量化技术已经成为中国新能源汽车工业发展的重要方向之一,这也是新能源汽车发展的基础技术

新能源汽车由于使用电池包作为动力,为了增加其行驶里程和提高车身的耐久性和安全性,有目标地减轻汽车自身的重量就成为必然的途径.同时作为有效的节能手段,汽车轻量化技术已经成为中国新能源汽车工业发展的重要方向之一,这也是新能源汽车发展的基础技术.新能源汽车的轻量化,有赖于激光技术、新材料和电池技术的发展.预计未来10年内,新能源汽车的车身和零部件将大量应用铝合金、镁合金、碳纤维加强的热塑性和热固性材料、高强度钢等新材料,并带来千亿规模的材料市场.

新能源汽车轻量化发展更为重要

今年1月23日,2016中国电动汽车百人会论坛在钓鱼台国宾馆举行,全国政协副主席、中华人民共和国科学技术部部长万钢在论坛中为大会致辞.万钢明确表示,新能源汽车要向轻量化方向转型.

万钢部长在此时抛出新能源汽车的轻量化发展路径是有深刻原因的,因为目前新能源汽车的续航里程在很大程度上受制于车子的重量,轻量化一直是电动汽车制造商关注的重点.从轻量化的设计理念思考是电动汽车技术革命的一个重要推力.

当然,新能源汽车的轻量化发展也是世界各国发展汽车工业的共同选择.当今世界汽车工业的发展面临着三大方向,分别是节能、环保和安全.对于节能和环保来说,新能源汽车当然有着显著的特征,但是重达几百公斤的电池包也让很多新能源汽车的续航里程大打折扣.目前我国推出的电动车的续航里程基本在100—300公里之间,但价格和普通燃油车相比没有太多优势.随着国家对于新能源汽车的补贴逐年降低,电池技术又没有重大的突破的情况下,轻量化就显得异常重要了.以特斯拉为例,整备质量2.1吨,而锂电池的电池组就高达900kg,占比达到45%左右,而车身通过使用铝合金和玻璃纤维增强塑料(特斯拉顶盖),相比于传统车型,减重比接近40%.这也是目前特斯拉在兼具动力和续航里程上独领 的关键所在.

此外,由于汽车轻量化是设计、材料和先进的加工成形技术的优势集成,是汽车性能提高、重量降低、结构优化、价格合理四方面密切结合的一个系统工程.所以也成为提升一个国家汽车技术水平的关键.

日本车企很早就认识到汽车轻量化是缓解燃油供应矛盾、减少尾气排放的迫切需要,也是未来世界汽车产业持续健康发展的必然选择,所以汽车轻量化就作为普通汽车和新能源车的共性关键技术获得广泛的推广和应用.

目前日本正在试图将自己的汽车轻量化技术推向世界.比如2016年1月13—15日,在*bigsite举办了“第6届汽车轻量化技术展”.本次展会是介绍汽车轻量化材料和技术的综合型技术展,亚洲最高级别的汽车先进技术展,以汽车自动化、轻量化以及先进技术为主题,汇集了来自全球的汽车制造商和汽车零部件生产企业.共有600多家企业参展,参观人数高达25000人.

欧美等顶级车企也一直在推动汽车轻量化的发展.一个重要的原因是欧洲各国及美国的尾气规定越来越严格.比如欧盟法律规定,目前新登记车辆尾气排放CO2的上限是平均每公里130克;到2021年,欧盟范围内所销售新车平均碳排放不得高于95克/公里,到2025年有望将汽车碳排放控制在每公里68-78克.所以我们看到宝马2013年11月在欧洲推出了新能源汽车EVi3,该车的大部分车身采用了CFRP(碳纤维增强复合材料)等轻质材料的技术.美国福特汽车则为最畅销的皮卡车型F-150的2015年款配备了全铝车身.英国捷豹,路虎2015年春季在欧洲推出了XE,铝材在该车的白车身表面积中所占的比例高达约75%.

随着新能源车的迅速发展和普及,车身轻量化也越来越受到重视.因为车身轻量化将是缓解“里程焦虑”、增加续航里程的必然选择,试验表明,整车重量减少10%,单次充电的行驶里程增加5.5%.此外,“十三五”期间我国汽车产业也将重点专项布局智能化、轻量化、底盘一体化方面.这都将推动中国新能源汽车轻量化的进一步发展.

有赖于新材料、激光技术和电池技术的发展

新能源汽车轻量化的途径中,新型材料的应用具有重要作用,只有开发出轻质、高性能、易成形、环保的新型材料,才能为新能源汽车轻量化提供可能.

在众多的材料中,车用高性能工程塑料、高强度钢、碳纤维复合材料、玻璃纤维增强复合材料、挤压铝型材、工艺设备、全铝车身、镁合金零部件、碳纤维车身都是率先被应用的材料种类.

比如宝马新上市的i3首度采用了宝马的LifeDrive架构.LifeDrive架构由两个模块组成:乘员模块和行走模块,乘员模块主要是由CFRP(碳纤维强化塑料)制成的客舱,而行走模块则采用了全铝制底盘.i3的车身覆盖件也是全部采用了CFRP.目前i3算上230kg的电池组,也只有1195kg,比同尺寸的车型来说,要轻了300Kg左右.当然其续航里程只有160km,和其电池组小是相关的.

在中国,位于芜湖弋江区高新技术开发区的奇瑞新电动车生产项目,项目总投资15.6亿元人民币,新工厂将投产铝车身骨架纯电动乘用车,年产能可达6万辆,主要生产S51EV、小蚂蚁、AOEV等系列电动车.此外新工厂投产后,将成为奇瑞兑现年产20万辆新能源车产能目标的重要一环.奇瑞总经理助理刘志佳表示,奇瑞后续的新能源汽车产品,都是以铝合金框架(含电池铝合金框架)和分体式碳纤维于一体的轻量化产品构架平台.今年10月,奇瑞将推出该轻量化平台打造的首款车型,车身减重将达到30%,该车型的推出会为减排起到很大作用.

有了材料,就需要对材料进行加工.在对新材料的加工工艺中,激光技术涉及到汽车零部件的切割以及焊接等关键环节,所以激光技术对于促进汽车轻量化也起到了重要作用.

比如在铝合金的焊接方面,连续激光器的优势很明显.和传统的焊接方法相比,生产效率高,且无需填丝;和脉冲激光焊相比可以解决其在焊后产生的缺陷,如裂纹、气孔、飞溅等,保证铝合金在焊后有良好的机械性能;焊后不会凹陷,焊后抛光打磨量减少,节约了生产成本.但是在连续激光器技术领域,目前主要还是以外企特别是德企为主.德国的Rofin-Sina公司和Trumpf公司主要生产CO2激光器,HAAS公司则主要生产固体(Nd:YAG)激光器,而IPG公司生产新型的光纤激光器,Laserline公司生产半导体激光器,形成相互竞争又互相补充的激光技术研发和生产链.大众汽车、宝马汽车、奔驰汽车是德国应用激光焊接技术的示范企业.

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